CHƯƠNG I – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về sao biển (Asteroidea) Sao biển là loài động vật không xương sống, thuộc ngành Da gai (Echinodermata, lớp Asteroidea) sống ở đáy biển. Cơ thể dẹp theo chiều lưng bụng, có hình sao và có đối xứng bậc 5 hay nhiều cánh xếp xung quanh. Cánh sao biển dài 1- 1,5 cm, có khi tới 80 cm.
Lỗ miệng có màu sặc sỡ, khi bò trên giá thì miệng hướng về phía dưới. Bên trong quanh miệng là vòng ống nước, từ đó phát ra năm ống nước nhánh hình nan quạt tỏa ra năm cánh, mỗi ống nước nhánh có hai dãy chân ống. Sao biển đi được nhờ hoạt động của các chân ống một cách nhịp nhàng, tốc độ di chuyển rất chậm từ 5 đến 10 cm trong 1 phút [2]. Lớp Asteroidea được chia thành 7 bộ (order): Brisingida, Forcipulatida, Notomyotida, Paxillosida, Spinulosida, Valvatida và Velatida.
Đến nay đã thống kê được có có khoảng 1800 loài sao biển phân bố ở tất cả các đại dương trên thế giới. Những nơi có nhiều sao biển phải kể đến các vùng biển Ôxtrâylia, Đông Thái Bình Dương và Bắc Mỹ, đặc biệt vùng biển nhiệt đới Ấn Độ-Thái Bình Dương là nơi tập trung đại đa số các loài sao biển [2, 6]. Ở Việt Nam có khoảng 60 loài sao biển khác nhau, phân bố dọc bờ biển từ Bắc đến Nam. Theo tác giả Lamarck (1816) loài sao biển Archaster typicus thuộc họ Archasteridea trong bộ Valvatida.
Bộ Valvatida bao gồm 14 họ: Acanthasteridea, Archasteridae, Asterinidae, Asterodiscididae, Chaetasteridae, Ganeriidae, Leilasteridae, Goniasteridae, Mithrodidae, Odontasteridae, Ophidiasteridae, Oreasteridae, Poraniidae, Pseudarchasteridae, với hàng trăm loài khác nhau. Trong số đó, Archasteridea là một họ nhỏ với duy nhất một chi ArchasterTM gồm 3 loài: Archaster angulatus, Archaster laevis và Archaster typicus. Cho đến nay, trên thế giới đã có khoảng 80 loài sao biển khác nhau được nghiên cứu về thành phần hóa học [14, 33, 40, 51, 77, 80]. Một số loài được quan tâm nghiên cứu như Asterina pectinifera [26, 104, 115], Linckia laevigata [14, 24, 25, 36, 37, 43, 46, 48, 86, 87, 114].
Trong số hơn 200 hợp chất thu được có đến trên 4 50% các chất thuộc lớp chất steroid, trên 20% là các ceramide. Ngoài ra, sao biển còn chứa một số hợp chất khác như: ancaloit, axit béo…Qua đó cho thấy, steroid và ceramide là những lớp chất chính có trong thành phần hóa học của Sao biển. Các hợp chất ceramide có đường (cerebroside) từ sao biển thường mang hoạt tính gây độc tế bào, kháng khuẩn, kháng nấm.Cho đến nay, vai trò sinh học của các cereboside vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Người ta cho rằng, những hợp chất này có thể tham gia vào các quá trình truyền tín hiệu màng tế bào, sinh trưởng và biệt hóa tế bào, duy trì hình thái và chức năng của tế bào.Về mặt sinh thái học, các cerebroside từ biển thể hiện khả năng chống hà rất tốt, một loài thường gây rất nhiều khó khăn cho tàu thuyền và các phương tiện đánh cá [99].
Lớp chất steroid từ sao biển, đặc biệt nhóm steroid phân cực, thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới bởi những hoạt tính thú vị của chúng, như: hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư, chống virut, tan máu, tăng sinh các tế bào thần kinh, kháng viêm, giảm đau, hạ huyết áp.Một vài hợp chất khác lại thể hiện có hoạt tính kháng vi khuẩn gram dương rất tốt. Trong vài năm trở lại đây, một số lượng lớn các hợp chất thuộc lớp chất này được phân lập từ các loài sao biển. Các steroid phân cực thường được chia làm 4 loại: polyhydroxy steroid, steroid sulfate, glycoside polyhydroxy steroid và các asterosaponine. Trong đó, các glycoside polyhydroxy steroid và các asterosaponine thường thấy ở các loài thuộc chi Echinaster và các polyhydroxy steroid được thấy có mặt ở hầu hết các loài sao biển đã được nghiên cứu [28].
Nghiên cứu về mối tương quan giữa cấu trúc và hoạt tính chỉ ra rằng, hoạt tính của các steroid có đường phụ thuộc chủ yếu vào số lượng các tiểu phân đường và cấu tạo của mạch nhánh. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của cấu trúc các loại đường và phần anglycon đến hoạt tính vẫn chưa được làm sáng tỏ. Gần đây các nhà khoa học Nga đã tiến hành nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc của các polyhydroxy steroid với hoạt tính độc tế bào và tan máu. Tám hợp chất từ bốn loài sao biển khác nhau đã được thử nghiệm hoạt động làm tan hồng cầu chuột và gây độc giao tử (trứng và tinh trùng) của loài cầu gai Strongylocentrotus intermedius.
Các tác giả đã phát hiện ra rằng, hoạt tính gây độc tế bào của một số hợp chất tăng tỷ lệ nghịch với số lượng nhóm OH ở phần aglycon. Mặt khác, có mối 5 liên hệ giữa độc tính tế bào và hoạt động làm tan máu của các steroid thử nghiệm. Nồng độ muối, nhiệt độ và giá trị pH là yếu tố quan trọng quyết định hoạt động làm tan máu của các steroid gắn đường này. Những nghiên cứu khoa học cũng chỉ ra rằng những steroid này đóng vai trò là thành phần màng tế bào của các loài sao biển, có đóng góp cho việc bền hóa màng kép tế bào [28, 95, 104].
Gần đây, mười hợp chất polyhydroxy steroid, kí hiệu là certonardoside A-J, đã được phân lập từ loài sao biển Certonadoa semiregularis ở đảo Komun, Hàn Quốc. Các hợp chất này đều thể hiện phổ kháng virut rộng như HIV, HSV, CoxB, EMCV và VSV, trong số đó, hai hợp chất certonardoside I và J thể hiện hoạt tính mạnh nhất. Hợp chất ganglioside, LMG-4, phân lập từ loài Luidia maculata có hoạt tính gây độc đối với tế bào PC12 trong sự có mặt của các yếu tố tăng trưởng thần kinh NGF [6]. Ngoài ra còn có một số hợp chất polyhydroxy steroid gắn đường thể hiện hoạt tính kháng một số dòng vi khuẩn và hoạt tính gây độc tế bào tương đối tốt.1: Tổng hợp hoạt tính sinh học của các hợp chất steroid phân cực STT Hoạt tính Nhóm chất Sao biển chứa TLTK sinh học hợp chất có hoạt tính 1 Hoạt tính gây Polyhydroxy steroid Certonardoa [16], [21], độc tế bào semiregularis; [62], [79], steroid sulfate Hippasteria [102], [108- Glycoside polyhydroxy phrygiana; Luidia 111], steroid quinaria; Anthenea chinensis Asterosaponine 2 Hoạt tính Polyhydroxy steroid Certonardoa [12], [13], kháng khuẩn, semiregularis; [110], [111] kháng nấm steroid sulfate Anasterias minuta; Glycoside polyhydroxy steroid Asterosaponine 3 Hoạt tính tán Polyhydroxy steroid Henricia [33], [40], 6 huyết Glycoside polyhydroxy leviuscula; Culcita [67], [101] steroid novaeguineae Asterosaponine 4 Hoạt tính Glycoside polyhydroxy Linckia laevigata; [23], [24], neuritogenic steroid [46], [81], [85-87] Những thông tin trên cho thấy khả năng ứng dụng tiềm tàng của sao biển nói chung và đặc biệt về lớp chất steroid phân cực từ sao biển nói riêng trong công nghiệp dược phẩm.
Các hợp chất này có cấu trúc vô cùng đa dạng và luôn mang những đặc điểm riêng biệt. Nước ta có nguồn tài nguyên sinh vật biển rất phong phú, nhưng đến nay chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu về hóa học và hoạt tính sinh học của lớp chất steroid phân cực từ sao biển. Do đó, nhằm tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực phát hiện và phát triển dược phẩm mới, trong luận án này chúng tôi đặt ra mục tiêu nghiên cứu thành phần hóa học và khảo sát hoạt tính sinh học của lớp chất steroid phân cực từ loài sao biển Archaster typicus sinh sống tại vùng biển Việt Nam. Những nghiên cứu trước đây về lớp chất steroid phân cực có trong các loài sao biển 1.
Các nghiên cứu về thành phần hóa học Từ các kết quả nghiên cứu về thành phần hóa học của các loài sao biển cho thấy, lớp chất chính có trong sao biển là steroid. Dựa vào cấu trúc hóa học của các steroid phân lập được người ta chia chúng thành các nhóm như sau: polyhydroxy steroid, steroid sulfate, glycoside polyhydroxy steroid và các asterosaponine [96, 105]. Các hợp chất Polyhydroxy steroid Trước năm 2000 đã có một số công bố về nhóm chất này từ sao biển [90]. Trong vài năm gần đây, khoảng 50 hợp chất polyhydroxy steroid mới đã được phân lập từ nguồn tài nguyên này.
7 Năm 2003, từ loài sao biển Certonardoa semiregularis thu thập được ở gần đảo Komun, Hàn Quốc, Wang và cs đã phân lập được 13 hợp chất polyhydroxy steroid mới là certonardosterol A-M (1-13) [111]. Mạch nhánh của các hợp chất 9, 10 lần đầu tiên được tìm thấy trong các hợp chất sterol thiên nhiên [108, 111]. Cũng từ loài này, vào năm 2004 nhóm nghiên cứu đã tách được thêm được 23 hợp chất polyhydroxy steroid mới 14-36. Trong số đó, có năm hợp chất 14,15,19-21 thuộc nhóm tetrol, là một nhóm chất rất hiếm [107, 108].
Các hợp chất steroid 25-31 có chứa nhóm xeton tại vị trí C-8 trong khung steroid cũng là cấu trúc rất ít gặp ở sao biển. Các hợp chất 28-31 ở vị trí C-8/C-14 có chứa một liên kết đôi [108]. Cấu trúc đặc biệt này cũng được tìm thấy trong một số loài hải miên. Các hợp chất 9, 10, 34 có chứa mạch nhánh rất đặc biệt không chỉ ở sự ankyl hóa hay đề ankyl hóa mà còn ở vị trí bất thường của các nhóm –OH.
8 Năm 2004, từ loài sao biển Astropecten triseriatus thu thập từ vùng biển FiJi, nhóm nghiên cứu của Levina EV và cộng sự đã phân lập được một polyhydroxy steroid liên hết với triseramide 37 [63]. Hợp chất này mới chỉ được tìm thấy trong một số loài thực vật bậc thấp. Các hợp chất steroid tương tự cũng được nhóm nghiên cứu Finamore E và cộng sự tìm thấy trong loài sao biển Myxoderma platyacantum [19]. Từ năm 2002-2005, nhóm nghiên cứu Stonik và cộng sự đã phân lập được một dãy các hợp chất polyhydroxy steroid từ các mẫu sao biển của vùng Viễn Đông, LB Nga [60, 66].
Từ hai loài sao biển Henricia sanguinolenta và H.leviuscula đã phân lập được 2 hợp chất steroid phân cực mới, kí hiệu 38-39 [60, 67]. Trong đó, hợp chất tetrol 38 có cấu trúc phần nhân 3β,6β,15β-trihydroxy steroid rất hiếm thấy còn hợp chất 39 có chứa nhóm xeton ở vị trí C-15 giống như các hợp chất 25-31. Từ loài sao biển Henricia tumida, nhóm nghiên cứu này cũng đã phân lập được 2 hợp chất polyhydroxy steroid mới, kí hiệu 40-41 [66]. Từ loài sao biển Hippasteria phrigyana đã phân lập được phrygiasterol 42 [62].
Đây là hợp chất polyhydroxy steroid chứa vòng xyclopropan lần đầu tiên được phân lập từ loài da gai. Nhóm hợp chất này có mối quan hệ với các sterol tự do được tìm thấy trong Hải miên, San hô cứng và san hô mềm. Từ dịch chiết MeOH của loài sao biển Henricia leviuscula đã phân lập được 2 polyhydroxy steroid 43-44 có chứa 2 nhóm –OH ở vị trí C23, C24 và C24, C25 của phần mạch nhánh [20, 33, 72, 94]. 9 Cũng từ loài sao biển này, gần đây, nhóm nghiên cứu Kicha A.
và cs đã phân lập thêm được hợp chất 45.